一種兩系雜交水稻的高產、保純制種技術的制作方法
【專利摘要】本發明屬水稻制種【技術領域】，具體的說是二系雜交水稻制種領域中的保純、高產制種方法，其技術特征是：在二系雜交稻制種的中、后期，使用了溫室、大棚或拱棚技術。其具體方法和步驟是：在二系制種田水稻中后期的某個生育階段遇上或可能遇上過長或過短光照、過高或過低氣溫等不良環境條件時，使用溫室、大棚或拱棚對制種田進行環境控制。與【背景技術】相比，本發明可成功解決光溫敏感雄性核不育水稻制種中其在光溫誘導育性轉換的敏感期內易受不利氣溫因素影響而致育性恢復的問題，也可解決異常的高溫或低溫天氣給父、母本帶來的生理障礙和生理傷害的問題。
【專利說明】一種兩系雜交水稻的高產、保純制種技術
【技術領域】
[0001]本發明屬水稻制種【技術領域】，是二系雜交水稻的保純、高產制種技術。更確切的，是“光溫敏感雄性核不育水稻中、后期應用溫室、大棚或拱棚技術進行制種”的技術。
【背景技術】
[0002]1.光溫敏感雄性核不育水稻及溫室、大棚和拱棚應用技術簡介 1.1光溫敏感雄性核不育水稻簡介
光溫敏感雄性核不育水稻是一種“基因與環境互作雄性不育類型”水稻，又稱作“生態遺傳型核不育水稻”，由我國科學家石明松在1972年首次發現。它的不育發生既受基因控制，又受光照和溫度影響，故“光溫敏感雄性核不育水稻”的名稱對它更為確切。
[0003]光照和溫度影響光溫敏感雄性核不育水稻育性轉換的時期會因光溫敏感雄性核不育水稻產生不育的形態結構發生機理的不同而略有差異，一般而言，水稻開花前的5-20天的某個階段是誘導光溫敏感雄性核不育水稻育性轉換的敏感期。水稻不育通常有下列形態結構發生機理:雄蕊發育不全、花藥皺縮、小孢子發育受阻、花藥不開裂、花粉粒不萌發
坐寸ο
[0004]各種光溫敏感雄性核不育水稻，還具有其各自的誘導育性轉換的光照和溫度的臨界值。
[0005]人們根據光溫 敏感雄性核不育水稻的育性對光照和溫度的反應特性，將光溫敏感雄性核不育水稻分為:I光敏型、2溫敏型、3光溫互作敏感型三種類型。其中，光敏型可再分為:1長日不育-短日可育型；2長日可育-短日不育型。溫敏型可再分為:1高溫不育-低溫可育型；2高溫可育-低溫不育型；3高于某極端高溫或低于某極端低溫不育，介于兩極端溫度間可育型；4兩極端溫度以外可育，兩極端間溫度不育型。光溫互作型是光溫敏感雄性核不育水稻的主要類型，目前發現的光溫敏感雄性核不育水稻多屬此類，大致可再分為光照主導或溫度主導的光照溫度共同促進類型。細分則更加復雜，如:(I)農墾58S則屬于長日照主導不育，高溫促進不育；短日照主導可育，低溫促進可育類型。(2)W6154S則屬于高溫主導不育，長日促進不育；低溫主導可育，短日促進可育型。(3)D38S則屬于短光照主導不育，低溫促進不育；長光照主導可育，高溫促進可育型。對于大多數的光溫互作型光溫敏感雄性核不育系，其育性對于光照以及溫度之間的關系，可以用一個三維曲面來描述【I】。
[0006]光溫敏感雄性核不育水稻的一個核心價值就是可用它來進行“二系法”生產雜交水稻，以下(包括《摘要》和《權利要求書》)所稱“二系法”如無特別說明均指應用光溫敏感雄性核不育水稻進行制種的“二系法”，所述“不育系”如無特別說明則是指光溫敏感雄性核不育系。“二系法”較之“三系法”(質-核互作型不育系利用)生產雜交稻，在技術上有著顯著的進步性，主要表現在:1)配組更為自由。多數品種對光溫敏感雄性核不育水稻不存在特定的恢保關系，能恢復它的育性。這就增加了選育出理想組合的幾率；2)不育系可自交繁殖，無需保持系，使繁種技術更加簡便。正因如此，光溫敏感雄性核不育水稻利用的研究被列入國家863計劃項目。然而，利用光溫敏感雄性核不育水稻生產雜交稻的缺陷也十分突出，其中最嚴重的缺陷是:不育系在用于制種時，在其育性轉換的敏感期，常會遇上異常天氣帶來的過高或過低的氣溫，致其育性反復而部分自交結實。這類混有自交種的雜交種子會帶來減產，在生產上不能使用。遺憾的是，迄今為止的二系制種技術還不能有效地解決這一技術難題，這就使得“二系法”大面積進入實用化階段的路程還是那么漫長。
[0007]1.2溫室、大棚和拱棚應用技術簡介
溫室、大棚或拱棚是一種可以改變植物生長環境，為植物生長創造最佳環境條件，可避免、防止和減輕惡劣氣象因素等環境條件影響作物生長發育的園藝設施。它以采光覆蓋材料作為全部或部分結構材料，可在冬季或其它不適宜露地植物生長的季節栽培植物。溫室、大棚或拱棚的關鍵技術是環境控制，尤其是光照和溫度的控制。
[0008]溫室、大棚的采光覆蓋材料主要是玻璃、有機玻璃和塑料膜，其構造和其功能的類型多種多樣。有些溫室和大棚還可以是裝配、拆分或移動式的。溫室和大棚控制光照和溫度的方法主要有:1)在低溫狀態下要求升溫:先用溫室或大棚的采光材料覆蓋農田，形成一個相對封閉的環境，這樣便可減少空氣流通散失熱量到大氣和減少長波光輻射便于保溫，而后，再通過采光材料獲取陽光加溫，和(或)通過其他加溫設施加溫(如電加溫或煤爐加溫等)。2)在高溫狀態下要求降溫:先用溫室或大棚對農田覆蓋，再蓋上遮陽網(或遮陽膜)，然后，再用降溫設施(如熱泵)和方法(如傍晚揭蓋、揭膜、開門、開窗，白天灌冷水、噴冷水等)降溫。溫室和大棚的造價昂貴，但它們對光、溫要素的控制效果較好，尤其是智能型溫室、大棚，還能實現環境控制的自動化和精確化。
[0009]拱棚則主要由支架和塑料膜構成。因多數拱棚沒有附加加溫降溫設備，在調節溫度方面往往只能起到保溫的作用。實踐中，要發揮其“加溫”或“降溫”作用，則主要通過晴日的不 同的時刻蓋、揭膜來達到力卩、降溫的效果。對長時間的陰雨天，這些沒有加、降溫設備的拱棚則不具有加、降溫的作用。拱棚相對于溫室和大棚，其優點是造價便宜，拆、裝方便，若臨時能附加一些簡單的加降溫設備和方法，也能達到一定的加、降溫效果。
[0010]上世紀90年代以來，溫室、大棚和拱棚的技術發展迅速，使用面積也迅速擴大。尤其是反季節蔬菜溫室、大棚可謂遍地開花。這使得溫室、大棚和拱棚技術日臻成熟和完美，并近乎成為現代高效農業的特征。
[0011]2.與本發明相對應的“二系法”制種的【背景技術】
迄今為止，應用光溫敏感雄性核不育水稻實施二系制種，除在秧苗期會使用薄膜、拱棚、大棚或溫室外，此后的任何一個生育階段都是在露天的自然環境條件下進行的，沒有任何的保溫、控溫的設施。
[0012]這種露天的制種技術對制種田的環境條件尤其是氣溫條件不能進行有效的控制，而特別的，二系制種的父、母本其中后期有些個生育階段對氣溫的要求尤為苛刻，若氣溫未能滿足要求將產生嚴重后果。由于現有制種技術對制種田的氣溫、光照等環境條件不能進行有效的操控，使得二系制種中一些必須解決的問題而未能得到有效和徹底的解決。下面試舉幾例這方面問題供大家了解:
1、現有二系制種技術一直未能徹底解決光溫敏感雄性核不育水稻制種中其在光溫誘導育性轉換的敏感期內易受不利氣溫因素影響而致育性恢復的問題。
[0013]由于不能有效的控制制種田的氣溫和光照，現有二系制種技術首要考慮的一點是必須把誘導光溫敏感雄性核不育水稻育性轉換的敏感期(一般是在抽穗前的5-20天左右，不同不育類型不育系間略有差異)安排在適當地域的一個合適的季節或日期段，使該季節或日期段的光照和氣溫不會超過該不育系從不育轉換為可育的育性轉換臨界值，以期達到使該不育系持續保持高度不育狀態的目的。例如:在應用高溫主導(或促進)不育-低溫主導(或促進)可育的不育系制種時，為避開異常低溫天氣的出現給不育系帶來育性恢復的制種風險，常將誘導不育系育性轉換的敏感期選擇在一年中溫度最高的季節(或時段)，即每年的7月中、下旬和8月上旬；地域的選擇是緯度和海拔都不能太高，一般緯度不超過北緯40度，海拔不超過1800米；對不育系的選擇則是誘導其育性轉換的溫度臨界值要盡可能低，不宜超過27攝氏度，因為絕大多數稻作區難找一個能絕對保證10天左右氣溫穩定超過27攝氏度的日期段，其保證率多在80%以下。事實上，在應用長日主導不育、高溫促進不育-短日主導可育、低溫促進可育類型，或者應用高溫主導不育、長日促進不育-低溫主導可育、短日促進可育類型不育系制種時，哪怕是這些類不育系誘導其育性轉換的溫度臨界值接近于該不育系的生理下限值(一般為21°C)，在其育性轉換的敏感期，也時常會遇上低于或接近于21°C的氣溫。再例如，在應用低溫主導(或促進)不育-高溫主導(或促進)可育的不育系制種時，為避開異常高溫天氣的出現給不育系帶來育性恢復的制種風險，首先得考慮將不育系的育性對光溫反應的敏感期安排在初夏或晚秋季節，不育系的誘導其育性轉換的溫度臨界值要盡可能高些。然而，哪怕該類型不育系誘導其育性轉換的溫度達到35°C，也即可以對水稻造成熱害的溫度，而在初夏和晚秋，氣溫超過35°C也是常見的，那樣將導致不育系育性的反復。因此用這類不育系制種的風險也很高。而若要把這種類型不育系的播種季節提前或推后，則其生育期的前或后期，又將遭遇低溫的危害。
[0014]2、現有二系制種技術未能解決遇上異常的高溫或低溫天氣給父、母本帶來的生理障礙和生理傷害的問題。
[0015]當人們利用高溫主導(或促進)不育-低溫主導(或促進)可育類型的不育系制種時，為避開低溫天氣的出現給不育系帶來育性恢復的制種風險，常將誘導不育系育性轉換的敏感期安排在一年中溫度最高的季節(或日期段)，然而，該日期段的高溫同樣也可能影響到父本花粉的育 性。敏感期一過緊接著便是開花期，那么花期也就特別容易遇上高溫。花期高溫可讓父本的花粉不育、喪失發芽力，也讓母本柱頭活力下降，從而影響授粉【2】。這也是利用高溫主導(或促進)不育-低溫主導(或促進)可育類型的不育系進行二系制種時制種產量較低的一個重要原因。
[0016]當人們應用低溫主導(或促進)不育-高溫主導(或促進)可育類型不育系制種時，常將不育系育性對光溫反應的敏感期安排在初夏或晚秋季節，而初夏之前的低溫則隨播種的愈提前而出現得愈嚴重愈頻繁，嚴重的低溫除對水稻在秧苗期，同樣也對水稻的分蘗期、穗分化期直至育性對溫度反應的敏感期的生長發育都有不利影響，甚至于導致發育障礙及其他生理冷害；同樣的，晚秋后的低溫也將隨季節的后推而出現得愈嚴重愈頻繁，低溫對水稻在花期的授粉、灌漿期的籽粒的充實和成熟也會帶來不利影響。
[0017]總而言之，采用現有二系制種技術時，時常(甚或高頻次)會遇上過高或過低氣溫帶來的不利影響的問題，無論這些問題造成的不利影響是大是小，因現有的二系露天制種技術未能對光照和氣溫等因素進行有效的操控，遇上的這些問題總是不足以有效解決。
[0018]
【發明內容】
[0019]3.
【發明內容】
本發明屬水稻制種【技術領域】，確切的說，是二系雜交水稻的保純、高產制種技術。針對【背景技術】制種時因未能有效控制和調節某(幾)個重要時期的氣溫等環境因素而對制種工作帶來上述嚴重不利影響的問題，本發明提出:“在不育系的中、后期，應用溫室、大棚或拱棚技術進行制種”，這(本句引號內內容)就是本發明有別于現有技術的技術特征。其具體方法和步驟是:“在二系制種田水稻中、后期的某個或某幾個生育階段遇上或可能遇上過高或過低的氣溫及不利光照時，為避免、防止和減緩該時期不利氣溫、光照等環境因素對制種中的父、母本帶來不利影響，或者為了給父、母本創造更為適宜的環境條件，此時，先用溫室、大棚或拱棚對制種田進行覆蓋(也可早期將稻苗種植在溫室或大棚內)，再鋪之以其他相關的調溫、調光的輔助設施或方法，使溫室、大棚或拱棚內的溫、光條件能夠符合制種作業父、母本的要求。”
下面，先就【背景技術】所未能解決的問題，舉例說明本發明的相應解決方法:
例I異常天氣致育性恢復問題的解決方法。
[0020]在應用光溫敏感雄性核不育水稻制種時，若在誘導光溫敏感雄性核不育水稻育性轉換的敏感期內(水稻開花前5-20天的某個階段)遇上可能導致其轉為可育的不利光照、氣溫條件時，先用溫室、大棚或拱棚對制種田進行覆蓋(也可早期將稻苗種植在溫室或大棚內)，再鋪之以其他相關的調溫調光的輔助設施或方法，使溫室、大棚或拱棚內的溫、光條件始終處于能誘導光溫敏感雄性核不育水稻保持不育且適于水稻的生長發育的范圍之內。由此便可有效解決光溫敏感雄性核不育水稻制種中其在光溫誘導育性轉換的敏感期內易受不利氣溫、光照因素影響而致育性恢復的問題。
[0021]為了更清 楚的說明本發明在解決這一兩系制種關鍵問題上的技術特征，下面將再舉例分別就高溫主導(或促進)不育-低溫主導(或促進)可育類型與低溫主導(或促進)不育-高溫主導(或促進)可育類型不育系如何應用本發明作更詳盡的闡述。
[0022]I)長日主導不育、高溫促進不育-短日主導可育、低溫促進可育類型不育系及高溫主導不育、長日促進不育-低溫主導可育、短日促進可育類型不育系。
[0023]該類不育系在誘導其育性轉換的敏感期(一般為抽穗前的5-15天)內，若忽然遇上臺風或其他氣象因素帶來的低氣溫，如果該氣溫值比該不育系的誘導其育性從不育轉換為可育的臨界溫度值還要低，那么，我們可以預先或發現低溫天氣后立即對種植著不育系的溫室或大棚進行關窗、關門，讓溫室或大棚對制種田覆蓋嚴實，再使用增溫設備或方法增溫，使室內或棚內的氣溫高于不育系育性轉換的臨界溫度值，一般室內(或棚內)氣溫要求在27°C以上，但不宜超過35°C。如果不育系并沒有預先種植在溫室或大棚內，而在育性轉換的敏感期又遇上異常低溫時，我們可以用可拆裝式(或移動式)溫室(或大棚)、簡易大棚或者拱棚對制種田進行覆蓋，然后再用增溫增光設備或方法進行加溫、增光。對于長日主導不育、高溫促進不育-短日主導可育、低溫促進可育類型不育系在育性轉換敏感期內的傍晚或早晨遇上罕見的日全食時，日全食期間需用溫室或大棚內的增光設備增光。待惡劣天氣或敏感期一過，我們又可拆室、拆棚或揭膜等辦法進行露天的常規管理。
[0024]2)低溫主導(或促進)不育-高溫主導(或促進)可育類型不育系。[0025]這類不育系在誘導其育性轉換的敏感期(一般為抽穗前的5-20天)內若忽然遇上高于該不育系的臨界溫度值的氣溫，那么，我們可以預先或發現高溫天氣后立即對種植著該不育系的溫室或大棚進行關窗、關門，讓溫室或大棚對制種田覆蓋嚴實，再使用降溫設備或方法降溫，使室內或棚內的氣溫低于不育系育性轉換的臨界溫度值，但不宜低于21°C。如果不育系并沒有預先種植在溫室或大棚內，而在育性轉換的敏感期又遇上異常高溫時，我們可以用可拆裝式(或移動式)溫室(或大棚)、簡易大棚或者拱棚對制種田進行覆蓋，然后再用降溫設備、遮光設備或方法進行降溫和減少光照。待惡劣天氣或敏感期一過，我們又可拆室、拆棚或揭膜等辦法進行露天的常規管理。
[0026]例2異常天氣致水稻生理傷害問題的解決方法。
[0027]本文【背景技術】一節提到，水稻兩系制種，特別容易受到異常天氣的危害。對于這類問題，我們可以通過溫室、大棚或拱棚技術的應用來調控制種田的溫度、光照和濕度，最后使制種田的環境條件能夠滿足制種要求，從而達到避免、防止或減緩不利天氣因素對二系制種的不利影響。例如:I)，高溫主導(或促進)不育-低溫主導(或促進)可育類型不育系制種。該類不育系制種開花期往往容易遇上35°C以上高溫，而花期35°C以上高溫又易導致母本柱頭活力下降，父本花粉的育性降低、壽命縮短。此時若遇上高溫，按照本發明的技術特征，即我們可在花期先對制種田進行覆蓋，然后，再用降溫設備如空調降溫，也可通過中午前后遮光、噴灑冷水、傍晚前揭膜、排水等方法來降低室內(或膜內)溫度，以此達到避免、防止、減輕花期高溫天氣給二系制種帶來的負面影響，使室內(或棚內)的光照、氣溫等因素適宜于水稻生長發育及其他生理需要。2)低溫主導(或促進)不育-高溫主導(或促進)可育類型不育系制種。該類不育系若育性敏感期安排在初夏，則敏感期前各生育階段易于遇上低溫，此時低溫容易致水稻生長發育障礙和生理冷害，利用溫室、大棚或拱棚技術保溫加溫便可解決此類問題。而若育性敏感期安排在晚秋季節，敏感期后的花期、籽粒充實期直至成熟期也易于遭受低溫冷害，此時，我們也可以應用溫室、大棚或拱棚技術進行加溫，達到防止冷害的目的。
[0028]總而言之 ，我們不但可在水稻的生育早期(秧苗期)應用溫室、大棚或拱棚技術來防止低溫對水稻幼苗的危害，對于二系水稻制種，我們還可以在水稻父、母本對溫、光等生長要素有著特別要求的其他時段，應用溫室、大棚或拱棚及其相應設施進行保溫、加溫、降溫、增光、遮光、保濕、調濕、防雨、防風、防非父本花粉、防蟲和防病等，從而達到避免、防止或減輕不利環境因素對父母本的不利影響的目的。
[0029]在二系制種水稻中后期應用溫室、大棚或拱棚技術，除了具有上述能夠避免、防止或減緩不育系因遇上異常氣象因素而致育性反復的效果及具有上述能夠避免、防止或減緩異常氣象因素致父、母本生理傷害等的效果外，還具有以下有益效果:
1、對不育系的類型及育性轉換的光溫臨界值的限制更不苛刻。這使原來許多因誘導育性轉換的溫度臨界值偏高或偏低而不能用來制種的不育系和兩極不育系都可以用來制種，從而在育種上增加了選育到具有超高產或其他優良性狀的雜交組合的幾率。
[0030]2、對不育系誘導育性轉換敏感期的季節或日期段的安排可以更加靈活。我們還可以兼顧或側重于避開或減輕極端高溫對水稻的熱害或極端低溫對水稻的冷害的角度來安排母本育性轉換敏感期的時段，由此便可減少減產和增加制種產量。制種季節的靈活安排還有利于前后茬作物播種期的合理安排。[0031]3、對制種地域的選擇更加寬泛。
[0032]4、利用閑置、半閑置的反季節蔬菜溫室(或大棚)或其他類閑置、半閑置的溫室(或大棚)進行二系制種，不僅可以節約溫室、大棚成本，提高溫室、大棚使用效率，而且經水旱輪作，還可以改良土壤性狀，減輕土壤鹽潰化，減少旱作物和水稻的病蟲草害。
[0033]最后，我們期待著人們既能從改造“基因”入手，選育出理想的不育系；又能從改造“環境”入手，應用溫室、大棚或拱棚技術制種。這兩者的完美結合，一定會讓這種“基因”與“環境”互作雄性核不育類型水稻在祖國遼闊、富饒、氣象萬千的大地上結出豐碩的成果。
[0034]參考文獻:
【I】薛光行申岳正“試議光敏不育水稻育性轉換的光溫作用模式”《作物學報》第21卷第2期1995年3月中國農業科學院作物育種栽培研究所。
【2】張彬1芮雯奕1鄭建初2等“水稻開花期化粉活力和結實率對高溫的響應特征”《作物學報》2007,33( 7) 1177-1181 I南京農業大學2江蘇農業科學院。
【權利要求】
1.一種二系雜交水稻的保純、高產制種方法，它的技術特征是:在二系制種田水稻中、后期，使用了溫室、大棚或·拱棚技術進行制種。
【文檔編號】A01G7/00GK103843555SQ201310375565
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2013年8月27日 優先權日:2013年8月27日
【發明者】肖卓麗, 肖小林 申請人:肖卓麗, 肖小林